天下各国高度重视新质料生长，推出多项战略政策推进新质料手艺的生长。蓬勃国家新质料工业各具特色，着重领域各不相同: 美国注重科技领域的研发，并坚持全球领先职位; 日本既重视对新质料的研发，又不忘刷新现有质料的性能，使用有限资源施展最着述用; 欧盟新质料科技战略目的是坚持在航天质料等领域的竞争优势。

本文详细叙述了国际航天新质料的研究与应用现状，重点先容了海内航天新型质料的研究效果，指出了航天新型质料未来的生长趋势。
1 高性能轻质金属合金

为知足导弹、火箭等航天装备平台轻量化、高可靠、高推比等生长需求，现在外洋鼎力大举生长的高性能轻质金属合金主要包括第三代铝锂合金、高强镁合金、低本钱钛合金、耐高温合金等。


1.1 第三代铝锂合金


上世纪 20 年月，德国研制出第一代铝锂合金。弱点很显着，如延展性弱、韧性差、加工难题和价钱腾贵等，没有引起足够重视［1］。1970 年后，西欧等国研制出了第二代铝锂合金产品，包括前苏联的 1420 铝锂合金和美国的 2090 铝锂合金等。第二代铝锂合金也保存问题，包括强度不高、塑形较低等［2］。


2013 年，加拿大肯联公司推出的Air Ware 系列第三代铝锂合金已用于空中客车公司的A350、庞巴迪公司的C 系列飞机以及F－16、F－18 等军用飞机，组织模式如图1 所示［3］。美国航空界将这种新质料称为“超等合金”，被美刊评为2013 年航空十三个重大事务之一。第三代铝锂合金在添加锂元素时，越发注重合金强度与疲劳裂纹扩展性能之间的平衡。通过降低锂含量（ 降低至1wt% ～ 2wt%） 及优化热处置惩罚制度，获得优异的综合性能。用其制造飞机结构，可使飞机结构减轻25%，耐蚀性比古板铝锂合金横跨46%，抗疲劳性能提高25%，飞机降低阻力6%。别的，与复合质料较量，可加工性也得以改善，可使用古板铝合金制造工艺进而降低危害与本钱，使用现有加工装备及供应链等，还可100%接纳。未来应用工具锁定在A320 及波音737 的后继窄体客机上，也准备用于军用飞机F－35、F－16 和F－18 的隔框、蒙皮及其他结构件。
以后铝锂合金的生长还要增强以下方面的研究：


（1）增添铝锂合金的韧性、塑形和强度；（2）降低铝锂合金的结构质量；（3）改善铝锂合金的各向异性。


1.2 高强镁合金


20世纪40年月，镁合金获得了飞速生长［4］。但由于价钱腾贵的缘故原由，镁合金的研究泛起障碍。


近年来，由于情形和能源问题越来越突出，以及镁合金重大的性能潜力和优势，镁合金的研究和应用日益受到德、美、加等蓬勃国家和地区的高度重视，均相继出台了镁合金研究妄想举行手艺攻关，投资金额总和达数亿美元。德国科学手艺协会牵头，启动了由德国克劳斯塔大学和汉诺威大学认真组织实验、欧洲最大的镁合金与镁合金压铸项目“SFB390”,项目金额凌驾5300万欧元，主要目的是研究镁合金在结构件中的应用［5］。加拿大联邦政府及魁北克省与海德鲁公司配合投资1140 万加元建设了一个新的镁合金研究中心，其宗旨在于通过优化设计工艺及材质，获得具有优良性能的镁合金压铸零部件，从而进一步拓宽镁合金的应用领域。


镁合金通过合金化，与稀土元素形成稳固的高温相，以提高镁合金的高温性能。


接纳时效强化与形变强化可以提高合金的强度和韧性，美国科学家的研究效果批注，通过挤压与热处置惩罚复合处置惩罚后的ZK60 镁合金，强度及断裂韧性均获得极大的提高［6］。目今外洋变形镁合金的室温屈服强度最高抵达300 MPa，延伸率抵达5%。


镁合金质量轻是其在航空航天中应用的最主要因素，随着镁合金的研究继续开展，在航空航天中的应用将会越来越普遍。


1.3 低本钱钛合金


图2 是飞机结构中钛用量随年月的转变［7］。由于其价钱腾贵，常用于承力大的要害部位。为扩大钛合金的使用量，外洋起劲研制新型低本钱钛合金。美国Allegheny 手艺公司也接纳铁元素取代钒元素和富氧手艺，研制了新配方Ti－4Al－2.5V－1.5Fe－0.25O钛合金，其性能类似于Ti－6Al－4V 合金，具有优良的冷成形和热加工性能，但价钱比航空航天用的Ti －6Al－4V 合金约低20%。
钛合金作为发念头质料虽有重大优势，也同样面临极大挑战［8］：


（1） 钛合金的性能在高温条件下还不达标；（2） 钛合金的价钱过高。


1.4 耐高温合金


高温合金是指以铁、镍、钴为基体质料，能在高温顺应力作用下恒久事情的特定金属质料［9］。高温合金在600℃以上具有优异的强度、塑性、韧性和疲劳性能等。经由数十年的生长，高温合金已较为成熟，并在武器装备动力装置上获得普遍应用。随着质料的更新换代，发念头的涡轮入口温度也从第一代的777～1 027℃跃升至第四代的1 577～1 715℃。


与纯金属及合金质料相比，金属间化合物具有极好的耐高温顺耐磨性能。为此，近年来外洋针对金属间化合物的基础性研究、因素设计、工艺流程的开发以及应用开展了大宗事情，用于替换古板的镍基高温合金、镍基单晶合金等。其中Ti－Al 合金生长最为迅速，富铌悖璗iAl 合金已生长到第三代，塑性和韧性都有很大提高，已在航空发念头叶片中获得大宗应用，铸造悖璗iAl 低压涡轮叶片在PW1000G、Leap－1B、Leap－1C 的用量预计抵达120 万片，至2014 年PCC公司制造的Ti－Al 叶片年产量已抵达4 万片［10］。


2 复合质料

复合质料具有比强度高、加工成形利便、抗侵蚀能力强等特点，使用其取代古板的钢、铝合金等质料制造武器装备结构件，可以在包管武器装备性能的同时，大大减轻装备的质量。现在外洋鼎力大举生长的航天高性能复合质料主要包括树脂基复合质料、铝基复合质料和陶瓷基复合质料等。


2.1 树脂基复合质料


树脂基复合质料是以聚合物为基体，纤维为增强体复合而成［11］。因此，树脂基复合质料的用量已经成为权衡航空航天手艺生长的主要标记。图3 为树脂基复合质料和轻质金属质料的比强度和比模量。
美国战斧巡航导弹大宗接纳磷拼合质料，如头锥接纳了Kevlar /聚酰亚胺，雷达天线罩、进气道接纳了玻璃纤维/环氧树脂，进气道整流罩接纳了碳纤维/聚酰亚胺，尾翼接纳了玻璃纤维/环氧树脂、Kevlar /环氧树脂，尾锥使用了玻璃粗纱/环氧树脂等。美国“侏儒”小型地对地洲际弹道导弹三级发念头燃烧室壳体由碳纤维/环氧树脂纠葛制作； 三叉戟（ D－5） 第一、二级固体发念头壳体接纳碳/环氧制作，其性能较Kevlar /环氧提高30%［12］。



热塑性树脂用作复合质料基体，在断裂韧性、攻击强度和吸湿等方面都优于热固性树脂基体，在耐高温、抗湿热、抗攻击、热稳固性、损伤容限等方面都大大优于环氧树脂系统，已成为复合质料树脂基体的生长趋势。近些年，由于纤维增强热塑性复合质料在生产方面取得了显著前进，极大降低了质料本钱，提高了可用性，已在导弹弹体和发念头壳体设计和应用方面获得重视。美国陆军提出了要开发纤维增强热塑性复合质料导弹圆筒形接缝结构的熔接工艺、质料和剖析手艺，用于导弹发念头和弹体圆筒形接缝处的圆筒形接缝处的熔接。美国圣地亚哥复合质料公司设计了一种熔接机，可用于加工热塑性复合质料圆筒，应用于导弹结构件。


2.2 铝基复合质料


碳化硅/铝基复合质料的强度在碳化硅纤维含量较低时也远比超硬铝高。由于本钱较铍材低得多，还可以替换铍材用作惯性器件，已被用于美国某导弹惯性制导系统和惯性丈量单位。


美国哈勃太空望远镜的高增益天线杆结构接纳P100 超高模量碳纤维（ 40vol%） 增韧的6061 铝基复合质料［13］，接纳扩散粘接工艺制造，确保了太空无邪航行时天线的方位，它还由于具有优异的导电性能，从而提高了波导功效，包管了航天器和天线反射器之间的电信号传输，整个部件比碳/环氧质料轻63%。


2.3 陶瓷基复合质料


陶瓷基复合质料以其优异的耐高温性能、高温力学性能等成为热结构质料的候选，在导弹领域有着极为主要的应用远景。美国、法国等国家开展了深入研究，针对恒久航行和事情的导弹设计了带有冷却结构的C /SiC 复合质料夹层结构，并研制出带自动冷却结构的超燃冲压发念头燃烧室［14］。


现在，法国航空航天研究院已用纤维纠葛法生产出直径150 mm、长度100 mm 的筒形件及其他重大形状构件。据称这种新质料制造成熟度已抵达4 级。


试验件的起源试验批注，此质料能耐1 000℃高温，可知足“高明声速航行器”妄想试飞的第一阶段要求；第二阶段将把质料的耐热温度提高到2000℃以上，抵达航行速率凌驾8 马赫的要求。新型陶瓷基复合质料的问世，为导弹及航天航行器质料提高高温强度、韧性、抗氧化性和显著降低本钱提供了新的可能。


复合质料历经多年生长，配套手艺已经趋于成熟，现还需增强以下方面研究：


（1）研发新型低本钱轻量化复合质料；（2）开展智能化复合质料制备手艺；（3）增强微纳米复合质料手艺的生长。


3 特种功效质料

为知足载人飞船的返回舱、重复使用的运载器（ 如航天飞机） 、洲际导弹等再入大气层时对防热与隔热的要求，以及包管低轨道航天器的空间防护，外洋航天领域起劲研发和应用特种功效质料。


3.1 高温合金质料


高温合金是航空航天发念头部件的主要质料［15］。古板高温合金已经靠近其使用温度上限，无法通过调解因素比例来进一步提高使用温度，只能求助于新型工艺途径，如定向凝固高温合金等。
美国NASA 马歇尔空间航行中心研发出弥散强化的钼－铼合金，接纳真空等离子喷涂制造耐高温部件。与其他一律的非弥散强化的钼－铼合金相比，研发出的合金高温性能获得提高。


美国DAＲPA 授予奎斯塔克公司“小企业立异研究妄想”项目，应用该公司的质料设计手艺，研发具有更大延展性、抗氧化性和1 300℃以上蠕变性能优异的钼基合金。公司妄想开发基于古板多组分热力学和无邪性数据库的程序结构和结构性能模子，并使用这些工具和模子来设计可通过古板工艺制造的先进钼基合金。刷新的钼基合金可望用于下一代运载火箭部件。


3.2 多层隔热质料

多层隔热质料是通过镌汰热辐射的转达来隔热。

美国NASA 戈达德航天中心开发出用于微流星体防护的气凝胶基多层隔热质料［17］。这种质料是将超低密度、高疏水性、纤维增强气凝胶质料（ 2.5 ～ 3. 8cm 厚的气凝胶层） 集成到多层隔热质料上，形成一体化的隔热质料。气凝胶层具有高的抗压强度，可对抗高速攻击； 多层隔热质料具有很是有用的隔热性能，二者荟萃在一起，使得这种一体化的隔热质料具有卓越的热性能和显著的结实性，从而实现真正的微流星体防护。


多层隔热质料的弱点就是本钱过高，还需要降低其本钱举行推广应用。


3.3 热防护质料


热防护质料是；ず叫衅髅馐芨咚俸叫惺比惹樾挝Ｏ盏闹饕槌刹糠。


1960 年最先，美国研制出了一系列陶瓷隔热瓦。


这是美国高明声速航行器的隔热结构设计历程中主要的候选质料。欧洲的超高声速航行器也接纳了类似隔热瓦的手艺，如德国接纳多孔纳米质料作为隔热层，俄罗斯接纳玻璃纤维作为巡航导弹的热防护质料。


近年来，法国空客防务与航天公司（ ADS） 完成了欧洲Exo Mars 使命所需的两个热防护罩的制作［18］。


该舱拥有前后两个热防护罩，其中前热防护罩直径为2.4 m，质量为80 kg，由笼罩90 片防热瓦的碳夹层结构组成，在进入大气层阶段将遭受1 850℃以上的高温； 后热防护罩质量仅为20 kg，由牢靠在碳结构上的12 种差别型号的93 片防热瓦组成，并包括一个下降阶段睁开的下降伞。探测器的科学仪器集成在前热防护罩中，在发射准备的最终组装前完成后热防护罩的装配。公司曾乐成研制“惠更斯”探测器所用的热防护罩，现在正在研究下一代热防护质料和系统，用于外星球或空间站的样品返回。


超高速航行器需要遭受进入大气层时凌驾2000℃的高温，而超高温陶瓷的熔点在3 000℃以上，是理想的候选质料。英国伦敦帝国理工学院先进结构陶瓷中心研究职员不但对超高温陶瓷举行了航天领域的适用性试验，还探索了差别添加剂对证料性能提高的可行性，发明HfC 可作为；こ咚俸叫衅鞯娜确阑ぶ柿。


随着航行器航行速率的提高，对热防护质料性能的需求也日益提高，热防护质料需要在以下偏向增强研究。


（1）可重复使用的耐高温热防护质料热防护质料除了耐高温之外，还需要增添重复遭受高速航行时情形危险的能力，进而降低本钱。


（2）超高温热防护质料航行器在高速航行中，局部温度很是高，此处使用的热防护质料应具有耐超高温、高效隔热等特点。


3.4 微流星体轨道碎片防护质料


流星体是指保存于太阳系内高速运转的固体颗粒。而碎片是指宇宙空间中除正在事情的航行器以外的人造物体。航天航行器在这样的情形中运行，损伤难以忽视，如图6 所示［19］。因此，碎片问题不但是设计和发射航天器时必需思量的一个因素，也是维护空间情形清静的一个主要方面。

美国NASA 喷气推进实验室研制出可用于航天器微流星体轨道碎片防护的新型金属合金如块状玻璃合金（ BMG，也称非晶态合金） 及其复合质料［21］。


BMG 不但具有极高的强度和硬度、较低的密度，还易于成形。用柔性结晶相增强的BMG 基复合质料，不但保存了BMG 的高硬度（比铝合金硬6 倍） 、较低密度（是铝合金密度的1/2 倍） 、低熔化温度（与铝合金相同） 等性能，使得接纳BMG 作为航天器的防护屏，可有用地气化撞击进来的碎片，同时确保被撞击的局部防护屏易熔化或气化，从而阻止固体碎片撞击到航天器外壁。使用速率达7 km/s 的铝弹丸对新防护屏和国际空间站现役防护屏（ Kevlar 纤维制造） 举行较量，测试效果批注，新防护屏比古板防护屏能更有用减缓来自铝弹丸的攻击力。BMG 及其复合质料能支持大型薄板和面板，且具有极好的力学性能，有望成为未来航天器微流星体轨道碎片防护的优选质料。


4 石墨烯质料

石墨烯微观结构是碳原子组成的二维蜂窝网格（ 图7） ［22］，单层石墨烯质料只有一个碳原子直径厚（ 0.335 nm） 兼具半导体和金属属性。


主要特征有： 优异的电学性能，室温下电子迁徙率是硅的100 倍，比外貌积可达2 630 m2 /g; 较好的力学性能，质料结构稳固，抗拉强度125 GPa，是钢的100 倍以上； 突出的热学性能，热导率达5.3 kW/（ m·K） ; 优异的光学性能，单层石墨烯的可见光透光率达97.7%。石墨烯质料可应用于军用电子系统、能源、防护、后勤包管、隐身系统等领域，推动航天武器装备生长实现重大立异。
4.1 军用电子系统用石墨烯


石墨烯电路具有更高的事情频率，可以替换现有的半导体电路。2012 年， IBM 公司研制出阻止事情频率300 GHz 的石墨烯场效应晶体管［22］，比同尺寸硅场效应晶体管高7.5 倍，刷新后有望突破1 THz。


波兰DCD 公司2012 年开发出天下首款石墨烯处置惩罚器，电子在处置惩罚器中的运动速率靠近光速，功耗比同类硅产品降低90%。这两项新突破将对高速集成电路、高性能盘算机、军用雷达等生长爆发主要推行动用。


2013 年，美国西北大学研发出高导电性石墨烯柔性电极［23］，可用于生产大幅面、可折叠细密显示装备。应用该手艺制造的军用电子地图等显示装备将越发轻质、便携。2015 年，美国莱斯大学的研究职员接纳一种“激光诱导石墨烯”（ LIG） 的要领诱导石墨烯生产，用于柔性电容器的生产。上述质料可望用于航天电子系统中。


4.2 高功率武器装备用石墨烯


石墨烯重大的比外貌积使其成为高功率激光器的焦点质料，也可用于制造容量大、充放电迅速的超等电容和电池，解决电磁导轨炮、定向能武器等储能需求高、充放电速率快的手艺难题。2013 年，美国莱斯大学制造高比容微型石墨烯锂电池［22］，比容抵达204 mA·h /g，厚度仅0.01 靘，充放电时间20 s，试验批注充放电1 000 次后，电容量仅消耗10%。2014 年11 月，美国莱斯大学科学家发明了一种新型的石墨烯/纳米管复合阴极，可使廉价柔性的染料敏化太阳能电池更适用化，光电转换能力提高了20%。2015年6 月，韩国三星公司通过将高结晶石墨烯的合成新要领应用到高容量硅阴极，发明了新型“高度结晶石墨烯编码的”硅阴极质料，大幅提升了锂离子电池的电容量。上述质料可望用于航天武器装备的超等电容和电池中。


4.3 军用防护质料用石墨烯


使用石墨烯超薄、超轻、超抗压特点制出的新型质料，可用于替换防弹衣中的芳纶等质料，在减轻质量的同时还能提高防护能力。实验证实，石墨烯遭受子弹攻击的性能胜过钢铁和防弹衣质料。澳大利亚2012 年研发的石墨烯壳体质料较通俗钢壳体减轻83%，而屈服强度提升12 倍。另外，石墨烯可用于制作超强耐腐涂层。美国布法罗大学同年研发出石墨烯涂料，钢材涂覆该质料后可浸泡在浓盐水中一个月不锈。上述质料可望用于航天武器装备的防护质料中。


4.4 战场后勤包管用石墨烯


石墨烯水净化装备具有低耗、高效的特点。2012年，美国MIT 通过接纳石墨烯净化海水，实现了海水的快速净化。2013 年，美国洛马公司鼎力大举推进石墨烯海水净化系统研究，并妄想年底完成样机测试。该系统的水净化速率比目今反渗透薄膜快数百倍。该手艺一旦生长成熟并应用于航母、潜艇等大型海上作战平台，将可大幅镌汰平台淡水携带量，增添燃油及武器装备装载量，增强平台海上一连作战能力。


4.5 军事隐身系统用石墨烯


石墨烯质料优异的微波吸收特征使其在航天装备隐身方面也有重大的潜力。2011 年，意大利萨皮恩扎大学通过试验证实石墨烯质料比古板吸波质料吸波频带更宽、吸收能力更强。别的，近年外洋重点关注石墨烯复合质料热传导特征方面的应用，美国防先期研究妄想局2012 年已完成石墨烯高分子聚合物为集成电路处置惩罚器芯片散热的试验，散热性能（ 热导率） 提升22 倍。


5 超质料

现在，公认的超质料界说是： 对内部结构人工合理设计的，从而具有通例质料不具备的超常物理性能的质料。超质料是继高分子质料、纳米质料之后质料领域又一重大突破，将对天下科技生长爆发主要影响，并有可能成为一种前途不可限量的新型质料。


蓬勃国家高度重视超质料的研究并给予恒久支持。美国军方确定超质料手艺率先应用于最先进的军事装备。2012 年，美国国防部长办公室将超质料列为六大倾覆性基础研究领域之一，美国军方支持凌驾90 家企业进入超质料研究应用领域。日本政府也将超质料列入学术研究的重点，建设了种种超质料研究所，并体现在下一代战斗机中将使用超质料手艺。


俄罗斯也将超质料手艺列为下一代隐形战斗机的焦点要害手艺。在航天领域上逐步应用也是美国、日本、俄罗斯等国家开展超质料应用研究的拓展偏向。


5.1 外貌隐身用超质料


现在，超质料在可见光隐身、红外隐身和声波隐身方面均取得重大希望。在光隐身方面，2008 年美国加利福尼亚大学在美国国防部和能源部资助下，使用银和镁的氟化物以及纳米银线复合交替堆叠制造出一种“隐身大氅”［24］，可使自然界中的可见光和近红外光爆发逆转。2012 年，俄罗斯和丹麦研究职员使用掺杂铝的氧化锌制备了在近红外波段隐身的新型铝： 氧化锌/氧化铝质料。在声波隐身方面，2014年，美国杜克大学研制出天下首个三维“隐身大氅”［25］，可以让声波容易的绕过，这必将对隐身航行器的开发爆发重大的推行动用。


5.2 雷达罩用超质料


军用飞机的天线罩除；ぬ煜呙馐芮樾斡跋熘，还需要为天线提供隐身防护功效，免受敌方雷达的探测。古板透波质料制成的天线罩在增添厚度以知足耐压性能的同时，往往会由于热消耗和反射消耗等因素使天线的辐射偏向图变差，降低天线的性能。


在雷达罩中引入超质料覆层，可以不改变雷达罩形状，促使电磁波只能在笔直偏向周围的小角度内撒播，其他偏向的撒播被限制。2008 年，法国科学家设计了一种启齿环共振器结构的超质料雷达罩，操作频率为2.17 MHz，增益提高了3.4 dB，偏向性提高了2.9dB。2012 年，美国国防部通过中小企业手艺转移项目资助纳米声学有限公司开展有关E－2 预警机大型雷达罩质料的研究，目的是使用超质料手艺解决E－2原天线罩保存的结构肋条导致天线图爆发误差的问题，取得了较好的效果［26］。


5.3 平板天线用超质料


接纳超质料制作的平面天线替换古板抛物面天线的反射面，一方面带来的是形状更流线化、尺寸小型化、装备减重； 另一方面可对参数举行调解，使电磁波可以多向、多个频率的撒播。2011 年，美国洛马公司开发了一种可用于卫星等航天器的新型三维超质料天线，具有低能耗、质量轻、宽带大、能量使用率高和价钱自制等优点，对降低航天器的发射用度和结构质量具有主要作用。2012 年，印度国家手艺研究所接纳左手和右手团结的传输线型超质料设计了椭圆形零阶谐振天线，目的是解决零阶谐振天线事情频带带宽较量窄的问题［27］。2014 年4 月，BAE 系统公司和伦敦大学玛丽女王学院团结研制出一种可用于新型天线透镜的新型复合质料，可使电磁波通过平面天线透镜聚焦，并具有优异的带宽性能。该突破解决了古板质料事情波段窄的问题，可以用于制造嵌入蒙皮的天线，从而提高隐身能力，甚至使飞机、舰艇、无线电和卫星等天线设计爆发厘革。


5.4 超薄透镜用超质料


一直以来，显微镜、眼镜和放大镜的制造都被一条光学纪律所限制，即任何小于光波长度的物质都无法视察到。而超质料制成的“理想透镜”可以极大地提高区分率，突破通俗镜片的极限。2012 年，美国密歇根大学完成了一种新型超质料超等透镜研究，突破了通俗光学透镜的衍射极限，可用于视察尺寸小于0. 1 靘的物体，且在从红外光到可见光和紫外光的规模内事情性能优异。2013 年，美国国家标准与手艺研究院展示了由一种能使光回流的银和二氧化钛纳米交替笼罩制作成型的超质料平板透镜［28］。


6 我国航天新型高性能质料的研究效果

6.1 高性能轻质金属合金


兰州物理所模拟微重力情形下铝锂合金的制备，质量获得减轻，强度获得提高，在航天上的应用越发有优势［29］。


中国科学院长春应用化学研究所与多家公司相助，在高性能镁合金的研发和应用方面取得重大希望，通过添加一定配比的钇和钆，解决了古板镁合金强度不高、耐热性差、抗蠕变差的要害问题。该效果已实现了工业化，为海内外50 多个单位提供高性能镁合金用于科研和产品研发，不但显著推进高性能镁合金基础研究的生长，也为高性能镁合金在航天、汽车和轨道交通的应用涤讪了基础。


在TiAl 合金板材研制方面，哈尔滨工业大学在海内率先研制出最大尺寸达700 mm×200 mm×（ 2 ～ 3）mm 的薄板材［30］。北京科技大学系统研究了高Nb 合金的Nb 的作用机制，获得了在900℃左右具有较高抗氧化性的TiAl 合金质料［31］。中南大学接纳粉末冶金等要领制备了TiAl 合金试样［32］，并研究了种种因素对合金性能的影响。北京钢铁研究总院系统研究了Ni元素的影响，获得性能较理想的TiAl 合金因素，并铸造出坦克发念头增压涡轮，还开发了Ti3Al 和Ti2AlNb合金板材，在航天领域举行了起源应用研究［33］。


6.2 复合质料


陈祥宝院士及其团队历经多年的潜心研究，通过制备新型固化剂和控制其在环氧树脂的消融，解决了复合质料本钱过高的问题［34］，极大地增进了高性能复合质料应用领域的扩大。现在低温固化高性能复合质料已在航空、航天领域获得了普遍应用。


对高端碳纤维复合质料构件，我国早期主要靠引进外洋碳纤维预浸料举行加工。由于加工工艺重大，我国大多时间只能加工结构简朴的复合质料组件。


黑龙江科技大学研究出高性能碳纤维预浸料的生产配方和加工工艺，其性能已达天下一流水准，也填补海内高端碳纤维复合质料自主生产的空缺［35］。


6.3 特种功效质料


中国科学院金属所高温合金GH4169 盘件在主要因素稳固的情形下，锭型直径从406 mm 增大到610 mm，质量也获得一定改善，性能提升显著［36］。


中南大学研制一种高性能钨铜电子封装质料［37］。该产品既有钨的低膨胀特征，又有铜的高导热性能。产品主要应用于新型的高性能电子器件中，与Si 等电子质料相匹配，起到散热和；さ淖饔。


现在该质料已最先应用于航天大功率脉冲微波管、激光二极管、集成电路模块、电力电子器件等元器件中。


中国科学院电工研究所乐成研制出国际首根10m 量级的高性能122 型铁基超导长线［38］，被称为“铁基超导质料适用化历程中的里程碑”。随后，研究组对制备历程中涉及的相组分与微结构控制、界面复合体匀称加工等要害手艺举行研究，乐成研制出长度达11 m 的高性能122 型铁基超导长线，其传输电流性能在10 T 的磁场下凌驾18 400 A/cm2。研究组开发出接纳纯铜作为包套质料的高性能122 型超导带材，在相同横截面积内，超导带材的截流能力是古板铜导线的数百倍。


光致形变质料是在特定波长光照下，质料本体爆发形变的智能质料，可望在光动能转换领域获得应用。


中国科学院苏州纳米所在纳米级有机染料分子晶体复合光机械响应系统研究取得主要希望，开创性地将N－幔粱?2－羟基－1－萘醛亚胺分子的纳米级棒状分子晶体以梯度漫衍和选择性取向的方法原位组装在聚偏二氟乙烯基质内，获得了一种新型光致形变薄膜质料。


这种薄膜在弱光照下就会泛起形变，脱离光照又可以恢复，这也为光致变形质料的生长提供资助。我国近年自主研发了填充式Whipple 防护结构［39］。研究批注： 在填充的纤维层总面密度为0.135 g /cm2 的情形下，Whipple 防护结构的防护性能显着优于等面密度的三层铝合金板防护屏［图8（a） 和（b）］，丝绝不弱于外洋响应防护屏的防护能力。
6.4 石墨烯质料


北京航空质料研究院的一组年轻科研职员在国际石墨烯研究领域首创“烯合金”质料，这一具有里程碑意义的重大自主立异，不但发明了一类具有优异性能的新型高端合金质料，也使我国成为石墨烯这一质料科学前沿基础和应用研究的领跑者［40］。


中国科学院电工研究所马衍伟课题组接纳金属镁热还原二氧化碳，乐成制备出多孔结构的石墨烯电极质料［41］。此次研制的石墨烯基超等电容器，在电解液中体现出优异的特征，在功率密度为1 W/g（ 比功率） 时，能量密度高达80 Wh  （ 比能量） ，大大凌驾现在商业化的活性碳基超等电容器。


泰州巨纳新能源有限公司研制出天下首台商用石墨烯飞秒光纤激光器Fiphene，性能指标均高于其他同类产品，具备极强竞争力，未来将重点在航空航天等领域举行推广应用。


6.5 超质料


相比于外洋相对疏散的生长模式，我国在超质料领域的生长模式越发集中和有力。已划分在863 妄想、973 妄想、国家自然科学基金、新质料重大专项等项目中对超质料研究予以立项支持。在电磁黑洞、超质料隐身手艺、介质基超质料以及声波负折射等基础研究方面，我国企业取得了多项原创性效果，并在天下超质料工业化竞争中占到先机。曾在美国留学并在《科学》杂志揭晓关于新型超质料宽频带隐身衣论文的刘若鹏无疑是其中代表［42］。


刘若鹏及其团队开办的公司已经申请凌驾3 000件专利，在航空航天工业化等方面也位于天下前茅。


借助他们设计的电磁超质料天线，人们就可以在移动网络鞭长莫及的偏远地方毗连卫星宽带上网。


美国类似产品的商业销售妄想今年才最先，深圳光启公司早在3 年前便在我国多个省份举行了试用。


而这仅是中美之间近年来在超质料焦点领域睁开的强烈竞争之一。别的，为了突破西欧对超质料手艺标准的垄断，天下电磁超质料手艺及制品标准化手艺委员会审查和报批了国家标准《电磁超质料术语》。这意味着我国在全球率先制订出超质料领域的国家标准，将对我国在超质料手艺的研究和标准转化起到主要作用。后续重点是将超质料在航天等领域举行推广应用。


7 航天新型高性能质料的生长趋势

7.1 高性能轻质金属合金


随着质料手艺的生长，种种航天金属质料向着更高韧性、更好的高温性能、更好的工艺性能等偏向生长。接纳的研发思绪包括如下两种： 一是对现有质料在坚持现有性能的同时，用立异的看法（ 工艺、因素、微结构） 去战胜现有质料的缺陷或应用上的限制，重视古板质料的一连刷新，“一材多用”成为未来的生长趋势； 二是随着纳米手艺和智能制造手艺的前进，可以开发更多的新型高性能质料。


7.2 复合质料


未来航天复合质料手艺将朝着高性能化、多功效化、低本钱化偏向生长，以其推动武器装备的更新换代，知足目今和未来新型航天武器装备的生长需求。


其中，树脂基复合质料在第二代先进复合质料成熟应用的基础上，最先进入扩大应用与刷新提高并行推进的生长阶段，尤其纤维增强热塑性树脂基复合质料在生产手艺方面取得突破性希望，将为其在导弹弹体和发念头壳体等大型构件上的应用开发辽阔的空间，未来有望抵达或凌驾热固性树脂基复合质料的性能水平，改善导弹战斗部抗攻击、抗气动加热、抗疲劳等性能； 耐高温陶瓷基复合质料将在导弹发念头、燃烧室、喉衬和喷管等部件上扩大应用规模，未来将主要解决其脆性大、抗热攻击能力较差、密度较大等问题。


7.3 特种功效质料


为知足未来新一代航天器超高速率、无邪航行、重复使用等高性能指标要求，需要对现有功效质料举行刷新。纳米隔热质料、功效梯度质料都是未来隔热质料生长的热门。热防护质料将向以下四个偏向生长：（1）降低密度、减轻质量；（2）更高温度、更大应用规模；（3）一直刷新工艺、提高性能和降低本钱；（4）由短时高温超高温向长时高温有氧等偏向生长。开发知足新型航天器性能要求且对情形顺应性好的星体/碎片防护质料同样是热门。


7.4 石墨烯质料


现在，石墨烯质料在实验室内的制备已可实现，但由于本钱腾贵，大大都研究还处于实验室理论研究阶段，尚有大宗研究事情需要做。因此，石墨烯质料手艺领域总体生长趋势是： 继续寻找最佳石墨烯制作要领和刷新已有的制作工艺； 进一步制作出尺寸更大、质量更高的石墨烯质料； 并一直降低石墨烯的制作本钱。另外，石墨烯质料还将是逾越和取代硅基CMOS 的新一代半导体质料。石墨烯薄膜形态与目今的硅平面工艺兼容且能够大规模集成，在微纳米电子方面将可能取代硅基CMOS，有望在芯片和集成电路领域引发一场革命。据专家展望，未来5 到10 年，石墨烯将成为“后硅时代”的新潜力质料，并将指导价值数万亿美元的新兴产品。


7.5 超质料


超质料手艺现在还处于实验室到产品的中试阶段，距离大规模工业化尚有一定距离，有许多的难题有待解决，这也是未来超质料研究的偏向。


（1）超质料频段和偏向的控制。从事情频段来说，超质料的频段现在还只能抵达红外。为了更好地实现隐身功效，波段最少应该笼罩完整的可见光规模； 同时也需要战胜其各向异性的特点，来实现更大规模内对光的控制。


（2）超质料的工业化生长。现在实验室仅掌握了二维平面上超质料的制造工艺，而三维空间中的立体超质料还未实现； 外貌工艺也仅局限在极小的区域上，距大规模的应用尚有很长的路要走。


（3）新型超质料及其功效的设计、性能优化及相关模拟仿真要领。


（4）差别超质料之间相互作用的研究。对其纪律性的研究一直提出新的理论和要领，从而推动与此相关的新理论看法、剖析要领和实验丈量手艺的生长。